美国宇航局正在开发一种核火箭，可在短短 45 天内到达火星

我们生活在一个新的太空探索时代，一些机构计划在未来几年将宇航员送上月球。 未来十年，美国宇航局和中国将派遣宇航员前往火星，其他国家可能很快也会加入。 这些和其他将宇航员带到低地球轨道 (LOO) 和地月系统之外的任务需要从生命支持和辐射防护到能量和推进的新技术。 而在后者方面，核热和核电推进（NTP/NEP）是主要的胜利竞争者！

作为 2023 年 NASA 创新先进概念 (NIAC) 计划的一部分，NASA 选择了一个核概念作为第一阶段的开发。 这种新型双峰核动力装置采用“转子加速波周期”，可将飞往火星的飞行时间缩短至 45 天。

佛罗里达大学高超音速项目主任、佛罗里达工程应用研究项目 (FLARE) 团队成员 Ryan Gosse 教授提出了这项名为波转子加速循环双峰 NTP/NEP 的提案。 Gosse 的提案是 NAIC 今年为第一阶段开发选定的 14 项提案之一，其中包括 12 美元的赠款，用于帮助开发与该项目相关的技术和方法。 其他产品包括创新传感器、仪器仪表、制造技术、电力系统等。

核能基本上归结为两个概念，这两个概念都依赖于经过彻底测试和验证的技术。 对于核热推进 (NTP)，该循环由一个核反应堆组成，该反应堆加热液氢 (LH2)，将其转化为电离氢气（等离子体），然后通过喷嘴引导产生推力。 已经进行了几次尝试来创建该推进系统的测试版本，包括该项目 罗孚，美国空军和原子能委员会于 1955 年启动的联合项目。

1959年，NASA从美国空军手中接管，该计划进入了致力于航天应用的新阶段。这最终催生了火箭核推进系统（NERVA），这是一种经过成功测试的实心核反应堆。随着 1973 年阿波罗时代的结束，该计划的资金大幅削减，导致该计划在进行任何飞行测试之前就被取消。

另一方面，核电推进 (NEP) 依靠核反应堆为霍尔效应推进器（离子推进器）提供动力，该推进器会产生电磁场，电离并加速惰性气体（例如氙气）以产生推力。 开发这项技术的努力包括 NASA 在核系统倡议 (NSI) 下的普罗米修斯项目。

与传统化学发动机相比，这两种系统都具有显着优势，包括更高的比冲 (Isp)、燃油效率和几乎无限的能量密度。 尽管概念不同在于它们提供超过 10 秒的比冲，即它们可以保持近三个小时的推力，但与传统火箭和 NTP 相比，推力水平相当低。

Gosse 说，对电源的需求也提出了空间散热问题，理想条件下热能转换率为 30-40%。 虽然 NERVA 的 NTP 设计是执行载人火星及其他任务的最佳方法，但这种方法在为高增量浪涌任务提供足够的初始和最终质量分数方面也存在问题。

这就是为什么包含两种移动方法（双峰）的建议是首选的原因，因为它们结合了两者的优点。 Gosse 的提议涉及基于 NERVA 固体燃料反应堆的双峰设计，该反应堆将提供 900 秒的比冲 (Isp)，是当前化学火箭性能的两倍。

Gosse 提议的循环还包括波浪增压器或波浪转子 (WR)，这是一种用于内燃机的技术，它使用由进气压缩反应产生的压力波。

与 NTP 发动机配合使用时，WR 将使用通过加热反应堆中的 LH2 燃料产生的压力来进一步压缩反应物质。 正如 Gosse 所承诺的那样，这将提供与 NERVA 级 NTP 概念相当的推力水平，但发射时间为 1400-2000 秒。 Gosse 说，当与 NEP 周期相结合时，渴望的程度会增加得更多。

如果使用常规发动机，载人火星任务可持续长达三年。 这些任务将每 26 个月发射一次，当时地球和火星处于最接近的距离（所谓的火星冲日），并且将至少花费六到九个月的时间在途中。

45 天（六个半星期）的过境会将总任务时间从数年缩短至数月。 这将大大降低与火星任务相关的主要风险，包括辐射暴露、微重力时间以及相关的健康问题。

除了发电厂之外，还有新的反应堆设计提案，可以为太阳能和风能并不总是可用的长期地面任务提供稳定的电力供应。

例子包括美国宇航局的千瓦反应堆使用斯特林技术 (KRUSTY) 和裂变/聚变混合反应堆被选为美国国家航空航天局在 NAIC 2023 计划下的第一阶段开发。这些和其他核技术有一天可能会实现载人火星和深空其他地方的任务，也许比我们想象的要早！

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